La ruptura de la barrera del sonido usando luz podría crear ordenadores 1 millón de veces más rápidos

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Los investigadores han producido un nuevo tipo de explosión sónica para convertir energía en luz y hacer que los equipos operen un millón de veces más rápido.

Científicos han descubierto la manera de crear un nuevo tipo de explosión sónica usando luz en lugar de sonido, abriendo así un camino más eficiente para convertir la energía en haces de luz.

¿Por qué iba a querer nadie convertir energía perfectamente ordinaria en luz?  Pues bien, nuestros ordenadores actuales funcionan utilizando energía convencional. No obstante, están a punto de alcanzar el límite de sus posibilidades en términos de volumen de capacidad de procesamiento que pueden albergar los chips. Los ordenadores basados en la luz (ordenadores ópticos), por el contrario, podrían procesar datos, en teoría, a la velocidad de la luz. Este nuevo método del boom sónico podría ser la forma en la que finalmente lo conseguiríamos.

¿Qué son los ordenadores ópticos?

En primer lugar, hablemos un poco acerca de este tipo de ordenadores. Al igual que los ordenadores cuánticos, los ordenadores ópticos se están desarrollando como respuesta a la inevitable (e inminente) desaparición del ordenador electrónico que utilizamos todos en la vida cotidiana.

Nuestros ordenadores actuales transmiten datos a través de electrones (de ahí el nombre), y la velocidad a la que los datos se pueden transmitir está limitada por el tiempo que tardan en viajar entre el procesador y la memoria.

Este divisor de haces podría ser un primer paso para los ordenadores ópticos. Imagen: Image: Shen et at./Nature Photonics

Ahora se ha llegado al punto de que si queremos transmitir datos más rápido, necesitamos un medio alternativo a los electrones. Así que, ¿por qué no algo que, literalmente, viaje a la velocidad de la luz? Si bien la idea de sustituir los electrones con las partículas de luz (fotones) suena bastante simple, en realidad es todo lo contrario.

El problema reside en que si quisiéramos operar los equipos actuales con luz en lugar de electrones, ciertamente podríamos acelerar la velocidad a la que seríamos capaces de transmitir datos, pero nuestros chips de silicio actuales todavía necesitan que los fotones se conviertan de nuevo a electrones para así ser procesados.

Esto significa que habría que desacelerar todo el sistema de computación para permitir la conversión, y además consumiría una gran cantidad de energía adicional en el proceso. De este modo, un sistema que convierta luz en electrones sería aún menos eficiente que uno que sólo utilice electrones.

Obviamente, esto no supone un impedimento que disuada los científicos e ingenieros de tratar de conseguirlo, puesto que el perfeccionamiento de los ordenadores basados en la luz supondría literalmente una revolución de la forma de procesar datos, y cambiaría los fundamentos de la informática para siempre.

Avances en el problema de la conversión

En esta línea, un equipo del MIT acaba de anunciar una nueva solución para el “problema de la conversión” que implica la creación de una especie de “onda expansiva” de la luz. Es similar, en teoría, a las ondas expansivas creadas por los aviones cuando rompen la barrera del sonido. Este tipo de ondas se forman cuando el avión alcanza una velocidad mayor a la velocidad del sonido, creando así una onda expansiva que produce una explosión sónica.

Como explica David L. Chandler para el MIT News, los investigadores se dieron cuenta de que podían utilizar una hoja de grafeno (ese material milagroso de tan sólo un átomo de grosor del que no para de hablar la gente) para permitir el paso de una corriente eléctrica que produzca, en contacto con haces de luz cuya velocidad se ha visto disminuida en contacto con el material, un haz intenso de partículas de luz concentradas. O una explosión óptica, según te guste llamarlo.

Según informó el equipo a Nature Communications, se trata de una forma completamente nueva de convertir energía eléctrica en radiación visible, y es altamente controlable, rápida y eficiente.

Funcionamiento

Entonces, ¿cómo funciona? El equipo observó que cuando un haz de luz entra en contacto con una lámina bidimensional de grafeno, éste se ralentiza drásticamente cientos de veces. Lo que es más interesante es el hecho de que la velocidad de estos fotones ralentizados resultaba ser casi exactamente la misma que la velocidad a la que viajan los electrones.

Parece ser que el grafeno, por pura coincidencia, desacelera la luz y acelera los electrones hasta alcanzar aproximadamente la misma velocidad.

Según explica Chandler, “este efecto se empareja con otra característica excepcional del grafeno: los electrones pasan a través de él a velocidades muy altas, de hasta un millón de metros por segundo, o aproximadamente 1/300 la velocidad de la luz en el vacío. Eso significa que las dos velocidades se vuelven lo suficientemente similares como para que ocurran interacciones significativas entre los dos tipos de partículas, si se pudiera afinar el material para obtener velocidades iguales”.

Una ilustración de una hoja de grafeno emitiendo luz. Imagen: Young Duck Kim/Columbia Engineering

El equipo asegura que esto podría conducir a una nueva forma de generar luz, ya que así como la ruptura de la barrera del sonido genera una onda expansiva de sonido, electrones y fotones viajando a aproximadamente la misma velocidad da lugar a una onda expansiva de luz, atrapada en dos dimensiones.

“Esta conversión se vuelve posible debido a que la velocidad electrónica en el grafeno puede acercarse a la velocidad de la luz, rompiendo así la “barrera de la luz”, dice Marin Soljačić, un miembro del equipo.

Si hablamos de conseguir introducir esta tecnología en los ordenadores ópticos del futuro, el equipo asegura que estaríamos hablando de unas velocidades de funcionamiento de “seis órdenes de magnitud por encima de lo que se usa en electrónica”, es decir, hasta un millón de veces más rápido.

Una vez dicho esto, ¿dónde está el truco? Todo este proceso depende del grafeno, y desafortunadamente el grafeno es un material que puede hacer de todo, excepto salir del laboratorio. El grafeno es extraordinariamente caro de producir, y si queremos que sea la base de los chips de los ordenadores ópticos, esto sería un problema que los científicos tendrían que resolver.

No obstante, se está avanzando a buen ritmo. Recientemente, científicos anunciaron que habían descubierto la manera de producir grafeno hasta 100 veces más barato que hasta ahora. Todavía queda un largo camino por recorrer, pero nadie quiere renunciar y bajarse de este tren de los ordenadores ópticos todavía.

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2017-03-02T16:00:44+00:00